Campos Eléctricos y Magnéticos: Analogías, Experimentos y Leyes Fundamentales

Analogías y Diferencias entre Campos Eléctricos y Magnéticos

• El campo eléctrico es producido por cargas en reposo o en movimiento, pero solo las cargas en movimiento producen campo magnético.
• El campo magnético solo actúa sobre cargas en movimiento, pero el eléctrico actúa sobre cualquier carga, esté en reposo o en movimiento.
• El campo eléctrico es conservativo, pero el campo magnético no lo es.
• Las líneas de campo eléctrico son abiertas, salen de las cargas positivas o del infinito y terminan en las negativas o en el infinito; sin embargo, las líneas de campo magnético son cerradas.
• No hay monopolos magnéticos aislados: siempre se presentan en forma de dipolo magnético, que no puede separarse en polos aislados; sin embargo, un dipolo eléctrico puede separarse en sus cargas individuales, positiva y negativa.
• El campo eléctrico producido por una carga puntual es radial, pero el campo magnético producido por una carga puntual en movimiento es perpendicular a la dirección radial y a la velocidad de la carga.

Experimento de Faraday

Un circuito formado por un solenoide, una resistencia variable R, y una pila P. Por él circula una corriente eléctrica, i, cuando cerramos el interruptor, y deja de funcionar cuando lo abrimos. Los solenoides de los circuitos primario (inductor) y secundario (inducido) están montados sobre el mismo núcleo de hierro para que el campo producido por el primario sea el mismo que atraviesa el secundario. El galvanómetro solo indica paso de corriente cuando cerramos o abrimos el circuito inductor, o mientras modificamos la resistencia variable; es decir, solo hay corriente inducida cuando varía la corriente del circuito primario, lo que supone una modificación del campo magnético que produce.

Experimento de Henry

J. Henry comprobó que, al mover perpendicularmente un conductor rectilíneo en el campo magnético existente entre los polos de un imán, aparecía una diferencia de potencial entre sus extremos, lo que originaba una corriente eléctrica si el conductor formaba parte del circuito.

Cambio de la Intensidad de la Corriente

El galvanómetro sólo indica paso de corriente cuando el imán está en movimiento. Si se aproxima lentamente (figura B), la corriente es más pequeña, pero cuanto más rápido se acerca (figura C), mayor es la intensidad. Cuando el imán se detiene, aunque esté dentro de la espira (figura E), el galvanómetro marca cero.

• Al acercar el polo norte del imán a la espira, la corriente circula en igual sentido que si alejamos el polo sur (figura C), y circula en sentido contrario si acercamos el polo sur o alejamos el polo norte (figura D).
• Si cambiamos el imán por otro más potente o si cambiamos la espira por otra de mayor superficie y repetimos el experimento, la intensidad de la corriente inducida es mayor.

Luego, la intensidad de la corriente inducida depende de la rapidez con que se mueve el imán, de la superficie de la espira y del campo que crea el imán; su sentido depende del polo que se acerque o se aleje.

Se llama inducido o secundario al circuito donde, no habiendo un generador, aparece corriente eléctrica. En las experiencias anteriores será el circuito formado por la espira y el galvanómetro. El inductor es el agente productor del campo magnético, cuyo flujo es variable. En la experiencia anterior el inductor es el imán.

Descripción del Alternador

El alternador consiste básicamente en una espira plana que se hace girar mecánicamente a una velocidad angular constante ω en un campo magnético uniforme B creado por imanes permanentes. Los extremos de la espira están conectados a dos anillos que giran solidariamente con la espira. Un circuito externo puede acoplarse mediante dos escobillas. A medida que la espira gira en el campo magnético, el flujo que la atraviesa varía, por tanto, se induce una fuerza electromotriz (f.e.m.) en la espira que hace circular una corriente eléctrica en el circuito exterior.

Definición de Flujo Magnético

El flujo magnético se define como el número de líneas de campo que atraviesan una superficie.

Leyes de Faraday y Lenz

Ley de Faraday: Cuantifica la variación de voltaje (V) entre los extremos, conocida como fuerza electromotriz (E).
Ley de Lenz: Establece que el sentido de la corriente inducida es tal que se opone a la causa que la produce.